W czarnych dziurach mogą być wszechświaty. Opowiadamy o nowym odkryciu

Co to są czarne dziury?

Czarne dziury to masywne obiekty kosmiczne. Prawie niemożliwe jest ich zobaczenie, ponieważ

nie odbijają światła, wręcz przeciwnie, pochłaniają jego w dosłownym znaczeniu tego słowa. Ich siła przyciągania jest tak duża, że ​​nawet promienie światła nie są w stanie się oprzeć i wpadają pod wpływem dziury. Dlatego wokół niej „obraz” przestrzeni wydaje nam się zamazany i zniekształcony. Można to zobaczyć na powyższym obrazku.

Czarne dziury nie są czarnymi kulami, do których przywykliśmy. Są przezroczyste, ale pozostawiają czarny cień. Nie jest to nawet dziura, ale kulisty pochłaniacz wszystkiego, co spada pod wpływem jej grawitacji.

Jak pojawiają się czarne dziury?

Gwiazdy, które przekraczają masę i rozmiar naszego Słońcawiele razy pod koniec swojego życia eksplodują i tworzą albo gwiazdę neutronową, albo zaczynają się silnie kurczyć, jakby „opadały” do wewnątrz, gwałtownie zmniejszając swój rozmiar przy stałej masie. Gęstość materii w punkcie ściśliwości staje się odpowiednio bardzo wysoka, grawitacja znacznie wzrasta. Kiedy rozmiar gwiazdy staje się tak mały, a gęstość jest tak wysoka w jednym miejscu, „spada” do wewnątrz, powodując powstanie czarnej dziury.

Na przykład czarna dziura o masie jednego Słońca będzie mniejsza niż nasza gwiazda.

Jednak małe gwiazdy, takie jak nasze Słońcenie zamienią się pod koniec swojego cyklu życia w czarną dziurę – ich masa jest niewystarczająca nawet do eksplozji i powstania supernowej. Oczywiście nastąpi eksplozja, ale w końcowej fazie małe gwiazdy zamieniają się w białe karły – bardzo małe i gorące gwiazdy, które również wkrótce znikną.

Obecnie znamy cztery różne sposoby powstawania czarnych dziur.

• Najlepiej zbadany jest ten związany z gwiazdązawalić się. Wystarczająco duża gwiazda tworzy czarną dziurę po zakończeniu jej syntezy jądrowej, ponieważ wszystko, co można było już zsyntetyzować, zostało zsyntetyzowane. Kiedy ciśnienie wytworzone przez fuzję ustaje, materia zaczyna opadać w kierunku własnego centrum grawitacyjnego, stając się coraz bardziej gęsta. W końcu staje się tak gęsty, że nic nie jest w stanie przezwyciężyć efektu grawitacyjnego na powierzchni gwiazdy: tak rodzi się czarna dziura. Te czarne dziury nazywane są „czarnymi dziurami o masie słonecznej” i są najbardziej powszechne.
• Kolejny powszechny typ czarnej dziurysą „supermasywnymi czarnymi dziurami”, które można znaleźć w centrach wielu galaktyk i które mają masy około miliarda razy większe niż czarne dziury słoneczne. Nie wiadomo jeszcze na pewno, w jaki sposób powstają. Uważa się, że kiedyś zaczynały jako czarne dziury o masie słonecznej, które połykały wiele innych gwiazd w gęsto zaludnionych centrach galaktyk i rosły. Wydaje się jednak, że wchłaniają materię szybciej, niż sugeruje to prosty pomysł, a sposób, w jaki dokładnie to robią, jest nadal przedmiotem badań.
• Bardziej kontrowersyjnym pomysłem stały się pierwotne czarne dziury,które mogły zostać utworzone przez praktycznie każdą masę o dużych fluktuacjach gęstości we wczesnym wszechświecie. Chociaż jest to możliwe, trudno jest znaleźć model, który je wyprodukuje bez ich nadmiernego tworzenia.
• Wreszcie istnieje pomysł, że Wielki Hadronzderzacz może tworzyć małe czarne dziury o masach zbliżonych do masy bozonu Higgsa. Działa to tylko wtedy, gdy nasz wszechświat ma dodatkowe wymiary. Jak dotąd nie ma potwierdzenia na korzyść tej teorii.

Jak duże są czarne dziury?

Możesz sobie wyobrazić horyzont czarnej dziury jako kulę, a jej średnica będzie wprost proporcjonalna do masy czarnej dziury. Dlatego im więcej masy wpada do czarnej dziury, tym większa staje się czarna dziura.

W porównaniu z obiektami gwiezdnymi czarne dziurymałe, ponieważ masa jest ściskana do bardzo małych objętości pod wpływem nieodpartego ciśnienia grawitacyjnego. Na przykład promień czarnej dziury o masie Ziemi wynosi tylko kilka milimetrów. To 10 000 000 000 razy mniej niż obecny promień Ziemi.

Promień czarnej dziury nazywa się promieniem Schwarzschilda na cześć Karla Schwarzschilda, który jako pierwszy wydedukował czarne dziury jako rozwiązanie ogólnej teorii względności Einsteina.

Gdzie są czarne dziury?

Najczęściej znajdują się w centrum galaktyk.Mają ogromną siłę grawitacyjną, dzięki czemu potrafią utrzymywać układy gwiezdne w bardzo dużej odległości, tworząc znane nam dzisiaj galaktyki.

W centrum naszej Drogi Mlecznej znajduje się równieżsupermasywna czarna dziura zwana Strzelcem A *. Jest 4,02 miliona razy cięższy od Słońca, a jego promień wynosi ≈ 45 jednostek astronomicznych (jedna jednostka astronomiczna = jedna odległość od Ziemi do Słońca).

Oprócz supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk istnieją również „lokalne”, które powstają po śmierci masywnych gwiazd. 

Co jest w czarnej dziurze?

Nikt nie wie tego na pewno. Ogólna teoria względności przewiduje, że w czarnej dziurze znajduje się osobliwość – miejsce, w którym siły pływowe stają się nieskończenie duże, a kiedy przekroczysz horyzont zdarzeń, nie możesz udać się nigdzie indziej poza osobliwością. W związku z tym lepiej nie stosować ogólnej teorii względności w tych miejscach - to po prostu nie działa. Aby powiedzieć, co dzieje się wewnątrz czarnej dziury, potrzebujemy teorii grawitacji kwantowej. Powszechnie przyjmuje się, że teoria ta zastąpi osobliwość czymś innym.

Dlaczego w czarnej dziurze mogą istnieć wszechświaty?

Istnieje wiele hipotetycznych czarnych dziur -z ładunkiem elektrycznym lub bez, obracające się lub nieruchome, otoczone materią lub unoszące się w pustej przestrzeni. Niektóre z tych hipotetycznych czarnych dziur prawdopodobnie istnieją w naszym wszechświecie. Na przykład wirująca czarna dziura otoczona spadającą materią jest dość powszechnym typem tych obiektów.

Ale niektóre inne typy czarnych dziur sączysto teoretyczne. Ich zachowanie i właściwości można opisać wyłącznie metodami matematycznymi. Jednym z takich obiektów jest naładowana elektrycznie czarna dziura otoczona przestrzenią anty-de Sitter. Taka przestrzeń ma stałą ujemną krzywiznę geometryczną i jest zbliżona kształtem do siodła.

W naszym Wszechświecie nie ma takiej przestrzeniistnieje, ale jego istnienie teoretycznie otwiera wiele interesujących efektów, które można zbadać. Jednym z powodów, dla których warto to zbadać, jest to, że naładowane czarne dziury mają wiele wspólnego z wirującymi czarnymi dziurami, które istnieją w naszym wszechświecie.

Ustalili autorzy nowego badaniaże kiedy takie czarne dziury stają się stosunkowo zimne, tworzą wokół swojej powierzchni „mgłę” pól kwantowych. Na powierzchni obiektu mgła ta jest podtrzymywana przez grawitację czarnej dziury, ale jest wypychana na zewnątrz przez pole elektryczne. W rezultacie w takiej mgle powstaje ośrodek nadprzewodzący. Oprócz zwykłego horyzontu zdarzeń takie czarne dziury mają również horyzont wewnętrzny. Dzięki temu naładowane czarne dziury można penetrować bez rozrywania ich na atomy.

Naukowcy wykazali, że po drugiej stronie naładowanychczarną dziurę można spodziewać się tajemniczych efektów. Naukowcy odkryli, że najbardziej wewnętrzne obszary nadprzewodzącej czarnej dziury mogą reprezentować rozszerzający się wszechświat – miejsce, w którym przestrzeń może się rozciągać i deformować w różnym tempie w różnych kierunkach.

Co więcej, w zależnościTemperatura czarnej dziury w niektórych z tych obszarów przestrzeni może spowodować nową rundę oscylacji, która następnie utworzy kolejną sekcję rozszerzającej się przestrzeni, co spowoduje nową rundę oscylacji, która następnie utworzy nową część rozszerzającej się przestrzeni i tak dalej w nieskończoności. Będzie to fraktalny miniwszechświat, powtarzający się w nieskończoność wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru.

Czytaj także

W 3. dniu choroby większość pacjentów z COVID-19 traci zmysł węchu i często cierpi na katar

Zobacz najbliższe ujęcia powierzchni Słońca

Lodowiec Doomsday okazał się bardziej niebezpieczny, niż sądzili naukowcy. Mówimy najważniejsze